近年來(lái)，自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用加速落地。無(wú)論是無(wú)人駕駛還是輔助駕駛，封閉或是開(kāi)放場(chǎng)景，車輛都需要車道級(jí)的高精定位，以提前規(guī)劃，順暢地實(shí)現(xiàn)變道、轉(zhuǎn)彎、掉頭等操作，支持在各種路況環(huán)境下的安全平穩(wěn)駕駛。車道級(jí)高精定位是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能的關(guān)鍵支撐。

在近日的“2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國(guó)日”上，新納傳感高級(jí)副總裁盧煒結(jié)合行業(yè)現(xiàn)狀，同與會(huì)者們分享了車載高精定位技術(shù)發(fā)展的三大核心趨勢(shì)。

盧煒 | 新納傳感系統(tǒng)有限公司 高級(jí)副總裁

車道級(jí)定位整體架構(gòu)和目前的實(shí)現(xiàn)方法

在談到目前常見(jiàn)的定位系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，盧煒解釋道：“它是所有定位信息融合后的結(jié)果。下圖的左側(cè)為高精衛(wèi)慣組合定位系統(tǒng)INS，其中包括慣性測(cè)量單元IMU、GNSS衛(wèi)星定位模塊及其配套的解算算法，這些模塊目前通常整合在零部件級(jí)的衛(wèi)慣組合定位盒子P-box中，并接入輪速計(jì)等輔助傳感器的數(shù)據(jù)，最終輸出融合的INS解。該子系統(tǒng)將車輛位置、姿態(tài)和速度等信息傳輸?shù)街悄荞{駛域控制器中，在域控內(nèi)部還會(huì)繼續(xù)融合其他定位信息，如攝像頭和激光雷達(dá)與高精地圖的匹配解，最終將所有信息融合起來(lái)，形成一個(gè)完整的車輛定位和姿態(tài)結(jié)果?！?/p>

 圖片來(lái)源：演講嘉賓材料

基于以上背景，我們認(rèn)為車載定位技術(shù)未來(lái)會(huì)出現(xiàn)以下幾大趨勢(shì)：

趨勢(shì)一：組合定位系統(tǒng)由P-box向貼片式模組演化

“我們認(rèn)為，為了支持整車智駕系統(tǒng)更高程度的整合，零部件級(jí)別的組合定位子系統(tǒng)將被“打散”成模組?！?/p>

這其中有兩個(gè)關(guān)鍵詞，“模組化”及“貼片式”。

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為什么要模組化？

“從整體視角去看，組合定位系統(tǒng)單獨(dú)存在的必要性正在逐漸降低?！北R煒解釋道，“正如以上提到，對(duì)于現(xiàn)在的智駕系統(tǒng)，真正完整的定位是融合了包含攝像頭在內(nèi)的各種傳感器定位的結(jié)果。而過(guò)去的智駕域控制器架構(gòu)里面并沒(méi)有預(yù)留GNSS及IMU，所以這兩個(gè)組件就只好合并起來(lái)，作為單獨(dú)的零部件（P-box）存在，來(lái)滿足當(dāng)時(shí)的需求?！?/p>

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“針對(duì)當(dāng)時(shí)階段性的需求，新納也開(kāi)發(fā)了自己的P-box產(chǎn)品，并取得了非常好的乘用車前裝量產(chǎn)案例，出貨量已達(dá)數(shù)萬(wàn)臺(tái)。但我們更看好模組化的發(fā)展趨勢(shì)，因此從三年前就提前做了布局?！北R煒補(bǔ)充到。

模組化后，會(huì)有更靈活的定位系統(tǒng)架構(gòu)供選擇。第一種架構(gòu)只需在智駕域控內(nèi)放置一個(gè)高精度IMU模組即可，GNSS信息可直接從T-box接收并在智駕域控內(nèi)進(jìn)行融合。第二種適用于智駕域控內(nèi)已安裝GNSS芯片的情況，在域控中再放置一個(gè)高精度IMU模組即可。第三種則是將IMU與GNSS組成的INS模組集成到域控內(nèi)，以減少芯片模組數(shù)量，這些方式盡可能地簡(jiǎn)化了硬件配置且更靈活。

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那么“貼片式”模組的優(yōu)點(diǎn)有哪些？

在高精度定位行業(yè)，插針式模組是目前更常見(jiàn)的。模組外部用堅(jiān)固的鋁合金殼封裝，并通過(guò)插針固定在域控制器上。這樣做的好處是，IMU是一種非常精密的傳感器，對(duì)溫度和振動(dòng)都非常敏感。而鋁合金殼能隔絕外部干擾，更易于保證IMU的性能。

但這種方式也帶來(lái)了明顯的限制，插針式模組集成到智駕域控制器的電路板上非常麻煩，需要打螺柱或螺釘，有時(shí)甚至需要打通孔并在背面放置螺帽。這與電路板上的大部分用表面貼裝工藝即可集成的芯片和模組很不同，會(huì)大幅降低生產(chǎn)效率；另外插針式的接口在車輛經(jīng)歷較強(qiáng)振動(dòng)時(shí)，也容易造成接觸不良而丟失數(shù)據(jù)的情況。

相比之下，貼片式模組的集成簡(jiǎn)便很多。貼片式模組可通過(guò)回流焊工藝直接貼在域控制器電路板上。大幅提高生產(chǎn)效率和保證質(zhì)量。

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雖然貼片式模組有諸多優(yōu)點(diǎn)，但仍有困難需要克服。

首先是溫度問(wèn)題。隨著智能駕駛域控制器算力不斷提高，域控制器內(nèi)部溫度變化也變得更劇烈。IMU作為對(duì)溫度非常敏感的傳感器，在未經(jīng)精密校準(zhǔn)時(shí)測(cè)量偏移會(huì)隨著溫度變化而改變，因此需要對(duì)每個(gè)IMU芯片進(jìn)行大量的校準(zhǔn)工作來(lái)抵消溫度劇烈變化帶來(lái)的性能漂移。第二個(gè)問(wèn)題是貼片回流焊工藝帶來(lái)的應(yīng)力變化?；亓骱负更c(diǎn)從高溫冷卻固化時(shí)會(huì)給電路板造成額外的應(yīng)力。高精度IMU對(duì)外部應(yīng)力非常敏感的，因此需要通過(guò)精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和后期處理算法抵消應(yīng)力影響。

除了溫度和回流焊應(yīng)力之外還有一些挑戰(zhàn)，比如振動(dòng)、電磁干擾、提高集成度等等。盧煒?lè)窒淼?，新納基于二十多年技術(shù)積累，已一一攻克上述難點(diǎn)，成功研發(fā)并量產(chǎn)了貼片式IMU模組及INS模組，積累了豐富的項(xiàng)目落地經(jīng)驗(yàn)。

“新納貼片式IMU模組目前已經(jīng)經(jīng)過(guò)了前裝量產(chǎn)項(xiàng)目的驗(yàn)證，我們針對(duì)貼片式IMU模組在經(jīng)歷回流焊前后的性能做了對(duì)比：結(jié)果顯示，即便經(jīng)過(guò)高溫回流焊、冷卻和應(yīng)力殘留等階段，陀螺儀、加速度計(jì)的零偏不穩(wěn)定性、角度隨機(jī)游走等重要參數(shù)仍然可以被控制在很小的變化范圍內(nèi)，仍然能夠支持L2+級(jí)別的NOA、NGP等應(yīng)用?！?/p>

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據(jù)盧煒介紹，除了IMU模組，新納融合了GNSS+IMU的INS模組也有量產(chǎn)案例。

“例如新納的RTK330LA，這款貼片式INS模組已經(jīng)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先智能駕駛卡車的域控制器上，已經(jīng)支持客戶商業(yè)化運(yùn)營(yíng)近3000萬(wàn)公里，其可靠性和性能達(dá)到了行業(yè)主流水平，與目前市場(chǎng)上其他零部件級(jí)P-box產(chǎn)品不相上下，甚至在某些方面更具領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在近3000萬(wàn)公里的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)中，該產(chǎn)品在穩(wěn)定性、可靠性和抗電磁干擾等方面表現(xiàn)優(yōu)秀?！?/p>

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趨勢(shì)二：IMU性能持續(xù)提升

“我們認(rèn)為，IMU傳感器在整個(gè)定位系統(tǒng)中具有非常獨(dú)特的地位，因此需要不斷提升其性能?！?/p>

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智能駕駛車輛上所有可用的傳感器中，IMU是唯一一個(gè)不受外界環(huán)境影響，在各種天氣、光照、路況條件下都能正常工作的傳感器。但其有一個(gè)天生的缺點(diǎn)，它只能直接測(cè)量加速度和角速度，由此推算出的車輛的位移由其累加得來(lái)，而微小的測(cè)量誤差會(huì)被不斷累加放大。這是無(wú)法避免的特性問(wèn)題，只能用硬科技來(lái)解決。

“在過(guò)去幾年，新納一直在不斷升級(jí)IMU性能，目我們IMU的零偏不穩(wěn)定性已經(jīng)改善了近一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到1.5度/小時(shí)，基本能滿足目前L2+自動(dòng)駕駛高精定位要求。”盧煒表示，目前新納下一代自研IMU芯片正在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，性能會(huì)進(jìn)一步大幅提升。

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趨勢(shì)三：引入定位完好性監(jiān)測(cè)

定位完好性是此前行業(yè)內(nèi)基本未涉及的概念，簡(jiǎn)而言之就是使INS有了“自知之明“，在給出定位結(jié)果的同時(shí)，也給出了該結(jié)果的置信程度，同時(shí)通過(guò)定位完好性監(jiān)測(cè)算法就可以提前預(yù)警上級(jí)系統(tǒng)。

據(jù)悉，新納在定位完好性方面應(yīng)用屬于行業(yè)首創(chuàng)，目前已經(jīng)引入到新納INS模組和P-box相關(guān)產(chǎn)品中。

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新納傳感：扎根中國(guó)，布局全球

新納傳感總部位于無(wú)錫，并設(shè)有研發(fā)和生產(chǎn)基地，在波士頓、芝加哥及硅谷設(shè)有全球研發(fā)中心。新納脫胎于美新半導(dǎo)體，主要生產(chǎn)加速度計(jì)，并逐漸將能力拓展到整個(gè)IMU和定位模組、定位系統(tǒng)等領(lǐng)域；2017年，新納從美新半導(dǎo)體獨(dú)立出來(lái)，憑借在慣性傳感器領(lǐng)域20多年豐富經(jīng)驗(yàn)，專注于為汽車、工業(yè)等領(lǐng)域提供高性能定位解決方案。新納擁有強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力及制造能力， 70%以上都是研發(fā)人員，具備全方位的溫度補(bǔ)償和校準(zhǔn)能力，并擁有豐富的合規(guī)和量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，目前慣性導(dǎo)航產(chǎn)品累計(jì)出貨量超100萬(wàn)件，在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。未來(lái)，新納將繼續(xù)發(fā)揮產(chǎn)品及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，賦能各個(gè)行業(yè)快速發(fā)展。

（以上內(nèi)容來(lái)自新納傳感系統(tǒng)有限公司高級(jí)副總裁盧煒于2023年3月14日-16日在2023第四屆軟件定義汽車論壇暨AUTOSAR中國(guó)日發(fā)表的《車載高精定位技術(shù)的幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)》主題演講。）

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